组装碳纳米结构材料的电子器件制作和应用性能研究

单壁碳纳米管和石墨烯是准一维和二维的碳纳米结构，具有大的比表面积和优异的电学性能。本项目融合至下而上和至上而下的纳米制造方法，制备定向组装碳纳米管阵列和化学气相沉积合成石墨烯组装薄膜，利用微纳加工技术手段制作组装碳纳米结构材料的场效应晶体管器件，开展定向高密度组装碳纳米管、连续石墨烯薄膜结构和器件制作的新方法，利用紫外光刻结合阴影蒸发手段制作高性能甚至弹道输运器件，研究组装体系结构变化对场效应性能的影响。另外将探索分子与碳纳米材料器件之间的相互作用，以及这些高性能新型器件在实现化学传感器应用中的基础科学问题。本项目对于利用纳米制造的新技术实现新型碳纳米结构器件和应用具有重要意义。

几年来，我们如期完成了项目计划书内容，取得了一系列成果。开展了组装定向碳纳米管阵列、大面积层数可控的石墨烯薄膜制备、石墨烯薄膜与量子点的复合体系的制备、大量高质量石墨烯粉体制备、石墨烯在光电、传感以及储能等方面的应用研究。在国际著名的期刊（如：Advanced Materials, Advanced Functional Material, ACS Nano, Scientific Reports等）发表了引用基金号的文章我们的工作10篇，下面将详细介绍取得的一些研究成果。.一、水平定向碳纳米管阵列.本课题已经顺利完成定向高密度碳纳米管的CVD制备、交流电泳方法组装制备，以及定向碳纳米管的完整迁移、化学修饰，并且实现微纳加工制作定向碳纳米管的场效应器件，并实现了高灵敏度的化学气体传感器的测试等工作。.二、组装石墨烯与半导体量子点复合体系制备和光电性能具体结果如下：.（1）我们成功的制备了化学转化的石墨烯与硒化镉量子点在水溶液中通过非共价耦合的方式构成的复合体系薄膜。.（2）详细考察了柔性透明的复合体系薄膜的光电特征，通过引入硒化镉量子点，复合体系薄膜的光敏特性提高了约3倍。.（3）在没有优化实验的条件下，发现复合体系薄膜的光电导比纯的本征的硒化镉量子点薄膜高约10个数量级。.（4）我们的实验结果提供了一个新的路线为制备化学转化的石墨烯与硒化镉量子点复合材料，并且这个复合材料在光电子器件中有希望成为新的激活材料或电极材料。.（5）通过容易处理的水溶液方法，由化学转化的石墨烯与硒化镉量子点构成的复合体系薄膜能够制备大面积的柔性、透明光电子器件。.三、实现了组装石墨烯-金属纳米颗粒体系制备及化学传感器性能.四、实现了大面积、高质量、层数可控的石墨烯薄膜制备